氮化硅(Si3N4)是一種由硅和氮組成的共價鍵化合物，1857 年被發現，到 1955 年，其作為陶瓷材料實現了大規模生產。作為新一代生物陶瓷材料，氮化硅陶瓷除了具備陶瓷材料應有的優秀品質外，還具有良好的射線成像性能、抗感染性能、生物相容性能以及骨整合性能，自 1989 年以來就作為骨科關節植入物開始應用，在生物醫療領域具有廣闊的應用前景。
研究結果證明，氮化硅陶瓷具有很好的抗菌性，體內生物相容性，在骨科，氮化硅植入物已應用于脊柱修復和關節植入術。
圖 氮化硅在醫療領域的應用，來源：SINTX
美國 Amedica 公司最早利用三維打印（3DP）技術將氮化硅材料應用于骨科植入物領域，其漿料直寫成型（DIW）的氮化硅椎間融合器與傳統方式制造的氮化硅椎間融合器具有相似的理論密度和微觀結構特征。研究發現，氮化硅椎間融合器在骨密度和促進骨生長方面優于 PEEK 椎間融合器，在促進骨生長方面具有較大優勢，另外，氮化硅陶瓷具有非傳導性和無磁性，在術后影像檢查中不會對醫學影像設備產生雜訊等不良影響，基于以上獨有優勢，氮化硅陶瓷作為優異的骨替代材料必將在 3DP 椎間融合器領域占據一定的市場份額。
圖 氮化硅椎間融合器，圖源：CTL Amedica
髖關節是人體重要的負重關節，同時也是負重關節中活動范圍最大的關節，目前人工髖關節置換手術已成為治療髖關節疾病的有效手段。氮化硅陶瓷植入物的各項機械性能指標都優于目前市場上的氧化物陶瓷，其具有高硬度，高彎曲強度，優異的摩擦性能，尤其是斷裂韌性，獲得了大幅度提高，此外氮化硅作為一種化學穩定材料，不存在氧化鋯的老化問題，還具有良好的骨長上與骨長入能力(形成生物固定的能力)和抗感染能力以及良好的顯影性。氮化硅陶瓷球頭有非常光滑的表面和自潤滑性能，強度大于氧化鋯陶瓷球頭，性能與設計壽命優于金屬球頭。氮化硅陶瓷球頭經過細胞毒性試驗表明其生物相容性好，滿足作為植入物材料的安全性要求。
氮化硅斷裂韌性高，抗壓強度與人體骨相似，可以滿足種植體的基本力學要求，氮化硅具有良好的生物相容性，氮化硅表面的微米/納米級形貌賦予其良好的成骨和抗菌性能，對口腔病原體牙齦卟啉單胞菌、金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌的抑菌性均優于純鈦和氧化鋯，有助于種植體的長期穩定并減少種植體周圍炎的發生，因此，氮化硅在牙科種植體方面具有很好的應用潛力。
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原文始發于微信公眾號（陶瓷科技視野）：氮化硅陶瓷在醫療領域的應用
